KR100898500B1 - A production method of aminated sorbent - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리카 표면에 아민기가 작용기로 존재하는 흡착제 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리카와 유기용매의 혼합으로 조성된 실리카혼합물(A)과, 아민기를 갖는 물질(B)을 혼합하는 혼합단계와, 상기 단계를 거친 혼합물을 일정온도에서 가열하여 아민기를 실리카와 반응시킨 후 여과하여 세척하는 여과세척단계를 거쳐 제조된 흡착제가 이산화탄소에 대한 높은 흡착률을 지니고, 고온에서 이산화탄소 흡착률이 타 물리흡착제보다 높게 나타나며, 화력발전소, 제철소, 발효공정 등 이산화탄소의 발생이 많은 공정의 배출가스 중 이산화탄소 분리용으로 사용될 수 있는 아민 작용기를 갖는 흡착제 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing an adsorbent in which an amine group is present as a functional group on a silica surface, and more particularly, a mixture in which a silica mixture (A) formed by mixing silica and an organic solvent and a substance (B) having an amine group are mixed. The adsorbent prepared through the step and the filtered mixture is heated at a predetermined temperature to react the amine group with silica and then filtered and washed to have a high adsorption rate for carbon dioxide, and the adsorption rate of carbon dioxide at different temperatures is different. It is higher than the physical adsorbent, and relates to a method for preparing an adsorbent having an amine functional group which can be used for separating carbon dioxide from the exhaust gas of a carbon dioxide generating process such as a thermal power plant, a steel mill, and a fermentation process.

실리카, 유기용매, 작용기, 이산화탄소, 분리, 아민, 흡착, 흡수 Silica, organic solvent, functional group, carbon dioxide, separation, amine, adsorption, absorption

Description

아민 작용기를 갖는 흡착제 제조방법{A PRODUCTION METHOD OF AMINATED SORBENT}A method for producing an adsorbent having an amine functional group {A PRODUCTION METHOD OF AMINATED SORBENT}

본 발명은 지구온난화에 가장 큰 영향을 주고 있는 온실가스인 이산화탄소 분리 방법 중 흡착과 흡수과정을 이용하는 아민 작용기를 갖는 흡착제에 관한 것이다.The present invention relates to an adsorbent having an amine functional group using adsorption and absorption processes among carbon dioxide separation methods, which are greenhouse gases which have the greatest influence on global warming.

최근 이산화탄소의 저감 및 처리를 위하여 제시된 방법에는 연소 후 분리과정으로 흡수법, 흡착법, 막분리법이 제시되고 있으며, 연소 전 분리과정으로 탈탄소법이 있다.Recently, the methods proposed for the reduction and treatment of carbon dioxide have been proposed as absorption, adsorption, and membrane separation as a separation process after combustion, and there is a decarbonization method as a separation process before combustion.

연소 후 분리과정에서 흡수법은 아민계 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 흡수하여 분리하고 아민과 화학결합된 이산화탄소를 열을 가하여 탈착하여 고농도로 분리하는 방법이다. 이때에 분리과정에서 많은 양의 에너지가 필요하여 사용된 아민의 정제과정이 필수적으로 요구된다. 따라서 공정이 매우 복잡하여지므로 설비 및 설비비가 기존의 제시된 이산화탄소의 분리방법 중에 가장 높다고 할 수 있다. 따라서 대용량의 발생원에서의 분리에서는 유리하나 소규모의 발생원에 적용은 분리하다. 또한 고온 건식 흡수제를 사용하는 방법(대한민국등록특허 10-0550209(공고일자 2006.02.08))의 경우 이산화탄소와 건식흡수제의 분리공정에서 고농도의 이산화탄소를 직접 얻을 수 있다는 장점이 있으나, 건식흡수제의 마모에 의한 손실이 큰 단점을 지니고 있다. 또한 막분리법의 경우 현재 제조되는 분리막 가격이 매우 높으며, 연소가스의 정제를 위한 전처리장치의 설비비가 매우 높으며, 분리막의 오염에 의한 교체 비용이 매우 크다. 흡착법의 경우 현재 사용되는 방법은 압력변화와 온도변화를 이용하는 방법이 주를 이루고 있으며, 압력과 온도의 변화를 동시에 주어 분리공정을 운전하기도 한다. 이때 사용되는 흡착제로는 제올라이트 분자체 또는 활성탄, 탄소 분자체가 주를 이룬다. 제올라이트 분자체의 경우 흡착효율은 높으나 연소가스에 함유된 타 성분에 의한 오염에 의한 문제를 발생시키고 있으며, 활성탄의 경우 흡착량이 제올라이트에 비하여 낮게 나타난다. In the post-combustion separation, absorption is a method of absorbing and separating carbon dioxide using an amine-based absorbent, and decomposing the carbon dioxide combined with the amine by heat to desorb it at high concentration. At this time, a large amount of energy is required in the separation process, it is essential to purify the amine used. Therefore, since the process becomes very complicated, the equipment and equipment cost can be said to be the highest among the existing methods of separating carbon dioxide. Therefore, it is advantageous to separate from large source, but the application to small source is separated. In addition, the method of using a high temperature dry absorbent (Korean Patent Registration No. 10-0550209 (notified date 2006.02.08)) has the advantage of directly obtaining a high concentration of carbon dioxide in the separation process of carbon dioxide and a dry absorbent, Loss has a big disadvantage. In addition, in the case of the membrane separation method, the currently manufactured membrane price is very high, the equipment cost of the pretreatment device for purification of the combustion gas is very high, and the replacement cost due to the contamination of the membrane is very high. In the case of the adsorption method, the current method is to use pressure change and temperature change, and sometimes the separation process is operated by changing the pressure and temperature at the same time. At this time, the adsorbent used is mainly zeolite molecular sieve, activated carbon, carbon molecular sieve. In the case of zeolite molecular sieve, the adsorption efficiency is high, but it causes problems due to contamination by other components contained in the combustion gas, and in the case of activated carbon, the adsorption amount is lower than that of zeolite.

따라서 이러한 이산화탄소의 흡착분리 효율을 높이기 위해, 대부분은 높은 압력으로 운전되고, 분리과정에서 고농도의 이산화탄소를 분리할 수 없으므로 많은 단계를 거쳐 고농도의 이산화탄소를 분리한다. 또한 흡착제의 이산화탄소 흡착량은 온도에 큰 영향을 받으므로 분리공정 이전에 낮은 온도로 공급하기 위하여 냉각과정을 거치게 되며, 수분에 의한 흡착량의 감소가 크므로 수분분리가 필수적이다. 따라서 종래의 이러한 운전방법과 제약은 많은 동력비가 요구되고, 대형화가 어렵다는 문제가 있었다.Therefore, in order to increase the adsorptive separation efficiency of carbon dioxide, most of them are operated at a high pressure, and the high concentration of carbon dioxide cannot be separated during the separation process, thereby separating the high concentration of carbon dioxide through many steps. In addition, the carbon dioxide adsorption amount of the adsorbent is greatly influenced by the temperature, so the cooling process is performed to supply a low temperature before the separation process, and water separation is essential because the amount of adsorption by water is largely reduced. Therefore, such a conventional driving method and constraints require a lot of power costs, there is a problem that it is difficult to increase the size.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 수분에 의한 이산화탄소의 흡착량 감소가 적거나 전혀 없고, 타 물리흡착제의 운전온도보다 고온이며, 배출가스 규제에 의한 오염가스의 제거장치 통과 후 온도인 50 ~ 80℃에서 높은 흡착량을 나타내고 110℃ 이하에서 이산화탄소의 탈착이 일어나는 새로운 개념의 흡착제를 제조하는 과정을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention has a small or no decrease in the amount of adsorption of carbon dioxide by moisture, is higher than the operating temperature of other physical adsorbents, and is a temperature after passing the apparatus for removing polluted gas by exhaust gas regulation. It aims to produce a new concept of adsorbent which shows high adsorption amount at 50-80 ° C and desorption of carbon dioxide at 110 ° C or lower.

다른 목적은 이산화탄소의 발생원에서 이산화탄소를 고농도로 분리하여 처리할 수 있는 흡착제를 제공하는 것이다.Another object is to provide an adsorbent that can treat carbon dioxide at a high concentration in the source of carbon dioxide.

또 다른 목적은, 앞서 열거한 흡착제의 단점을 보완하고 흡착효율을 높일 수 있는 흡착제를 제공하는 것이다.Another object is to provide an adsorbent that can compensate for the disadvantages of the adsorbents listed above and increase the adsorption efficiency.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 실리카 0.2 ~ 50중량%와 유기용매 50 ~ 99.8중량%의 혼합으로 조성된 실리카혼합물(A) 90 ~ 99중량%와, 아민기를 갖는 물질(B) 1 ~ 10중량%를 혼합하는 혼합단계와,In order to achieve the above object, the present invention is a silica mixture (A) 90 to 99% by weight of a mixture of 0.2 to 50% by weight of silica and 50 to 99.8% by weight of an organic solvent, and a material having an amine group (B) A mixing step of mixing 1 to 10% by weight,

상기 혼합단계를 거친 혼합물을 40 ~ 170℃에서 가열하여 아민기를 실리카와 반응시킨 후 여과하여 세척하는 반응단계를 거쳐 이루어지는 아민 작용기를 갖는 흡착제 제조방법을 그 주요 기술적 구성으로 한다.The main technical configuration of the adsorbent manufacturing method having an amine functional group is a mixture of the mixture passed through the heating step at 40 ~ 170 ℃ heated to react the amine group with silica and then filtered and washed.

이하, 상기 아민 작용기를 갖는 흡착제 제조방법의 기술적 구성에 대해 상세히 살펴보도록 한다.Hereinafter, the technical configuration of the adsorbent manufacturing method having the amine functional group will be described in detail.

먼저, 실리카 0.2 ~ 50중량%를 유기용매 50 ~ 99.8중량%에 넣고, 진공을 이용하여 실리카의 기공 속으로 유기용매가 분산되어 공기가 제거되고 모든 실리카 표면에 유기용매로 젖어 있는 상태로 만든 실리카혼합물(A) 90 ~ 99중량%에 아민기를 갖는 물질(B) 1 ~ 10중량%를 첨가하게 된다.First, 0.2 to 50% by weight of silica is placed in 50 to 99.8% by weight of organic solvent, and silica is made by dispersing the organic solvent into the pores of silica using vacuum to remove air and wet the organic solvent on all silica surfaces. 1 to 10% by weight of the substance (B) having an amine group is added to 90 to 99% by weight of the mixture (A).

상기 실리카혼합물(A)의 실리카는 세척하여 진공건조한 비표면적이 900 ~ 1,020 ㎡/g이고, 평균 입경이 3nm인 메조포러스 실리카로서, 0.2중량% 미만으로 사용하게 될 경우에는 아민기의 그라프팅이 적게 되는 문제가 있고, 50중량%를 초과하여 사용할 경우에는 미반응 아민에 의한 효율의 감소 문제가 있으므로, 상기 실리카는 0.2 ~ 50중량% 범위로 사용하는 것이 바람직하다.The silica of the silica mixture (A) is a mesoporous silica having a specific surface area of 900 to 1,020 m 2 / g dried by vacuum drying, and having an average particle diameter of 3 nm, and when used in less than 0.2% by weight, grafting of amine groups is performed. Since there is a problem of less, and when used in excess of 50% by weight, there is a problem of reduction in efficiency due to unreacted amine, it is preferable to use the silica in the range of 0.2 to 50% by weight.

상기 실리카혼합물(A)의 유기용매는 톨루엔, 벤젠, 자일렌, 헥산, 이더 중에서 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 것으로, 50중량% 미만으로 사용할 경우에는 충분한 확산이 이루어지지 않고, 99.8중량%를 초과하여 사용하게 되는 경우에는 기공 내부에 아민기가 침투하는 시간이 매우 오래 소요되는 문제가 있으므로, 상기 유기용매는 50 ~ 99.8중량%로 사용하는 것이 바람직하다.The organic solvent of the silica mixture (A) is any one or two or more selected from toluene, benzene, xylene, hexane, ether, and when used in less than 50% by weight is not sufficient diffusion, 99.8% by weight In the case where it is used in excess, there is a problem that it takes a very long time to penetrate the amine group inside the pores, it is preferable to use the organic solvent 50 ~ 99.8% by weight.

상기 아민기를 갖는 물질(B)은 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 아미노프로필크로라이드 중 선택되는 어느 1종 이상을 사용하는 것으로, 상기 실리카혼합물(A)에 아민기를 갖는 물질(B)의 첨가가 종료된 후에는 상온에서 공기와 접촉 없이 질소 또는 아르곤 분위기에서 5 ~ 7시간 동안 교반하게 된다.The substance (B) having the amine group is any one or more selected from aminopropyltrimethoxysilane, aminopropyltriethoxysilane and aminopropyl chloride, and has a amine group in the silica mixture (A). After the addition of (B) is completed, the mixture is stirred for 5 to 7 hours in a nitrogen or argon atmosphere without contact with air at room temperature.

이때 실리카혼합물(A)을 90중량% 미만으로 사용할 경우에는 미반응된 아민기에 의한 효율 감소 문제가 있고, 99중량%를 초과하여 사용하게 될 경우에는 아민기 그라프팅과정에서 아민기가 부족하므로 완전한 아민기 그라프팅이 되지 못하는 문제가 있으므로, 상기 실리카혼합물(A)은 90 ~ 99중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 그리고 상기 아민기를 갖는 물질(B)을 1중량% 미만으로 사용할 경우에도 아민기가 부족한 문제가 있고, 10중량%를 초과하여 사용할 경우에는 미반응된 아민기의 세척공정이 더욱 복잡하여지는 문제가 있으므로, 상기 아민기를 갖는 물질(B)은 1 ~ 10중량% 범위로 사용하는 것이 바람직하다.In this case, when the silica mixture (A) is used at less than 90% by weight, there is a problem in efficiency reduction due to unreacted amine groups, and when used in excess of 99% by weight, the amine group is insufficient in the amine group grafting process, so that the complete amine Since there is a problem that the group grafting is not possible, the silica mixture (A) is preferably used 90 to 99% by weight, and the amine group is insufficient even when the material (B) having the amine group is used in less than 1% by weight There is a problem, and when used in excess of 10% by weight, there is a problem that the washing process of the unreacted amine group is more complicated, it is preferable to use the material (B) having the amine group in the range of 1 to 10% by weight. Do.

상기 교반이 종료 후에는 환류장치를 이용하여 상압에서 유기용매의 증발온도 이상으로 10 ~ 15시간 동안 교반 가열하여 실리카 표면의 수산화기와 에틸기가 반응하여 에틸알콜, 메틸알콜, 염산이 생성되고 실리카 표면의 규소와 아미노실란의 규소가 반응 결합하게 된다.After the stirring is completed, the mixture is stirred and heated for 10 to 15 hours at atmospheric pressure above the evaporation temperature of the organic solvent using a reflux apparatus to react with hydroxyl groups and ethyl groups on the silica surface to produce ethyl alcohol, methyl alcohol, hydrochloric acid, and Silicon and aminosilane silicon react with each other.

상기 반응이 종료된 후에는 미반응된 아미노실란과 톨루엔을 메틸크로라이드, 에틸알콜, 이더 중 선택되는 어느 1종 이상의 유기용매를 이용하여 여과 세척 하고, 여과 세척이 종료된 후에는 기공 속의 잔유된 미반응물 및 반응생성물을 제거하기 위하여 환류장치에서 에틸알콜을 이용하여 3 ~ 5시간 동안 교반 가열하고, 다시 미반응된 아미노실란과 톨루엔을 메틸크로라이드, 에틸알콜, 이더 중 선택되는 어느 1종 이상의 유기용매를 이용하여 여과 세척하고, 건조기에서 90 ~ 120℃로 10 ~ 14시간 동안 건조하는 단계를 거쳐 흡착제의 제조가 완성된다.After the reaction is completed, unreacted aminosilane and toluene are filtered and washed with any one or more organic solvents selected from methyl chloride, ethyl alcohol, and ether. In order to remove the unreacted product and the reaction product, the mixture was stirred and heated for 3 to 5 hours using ethyl alcohol in a reflux apparatus, and the unreacted aminosilane and toluene were any one or more selected from methyl chloride, ethyl alcohol and ether. Filtration and washing with an organic solvent, and drying in a dryer for 10 to 14 hours at 90 ~ 120 ℃ to complete the preparation of the adsorbent.

이와 같이, 본 발명의 아민 작용기를 갖는 흡착제 제조방법에 의해 제조된 흡착제는 하니컴(honeycomb) 형태, 모노리스 층(bed) 또는 비드 형태로 제조되어 사용될 수 있으며, 또한 흡착온도 0 ~ 95℃ 범위와, 탈착온도 95 ~ 110℃ 범위에서 사용될 수 있다.As described above, the adsorbent prepared by the method for preparing the adsorbent having the amine functional group of the present invention may be manufactured and used in the form of honeycomb, monolith bed, or bead, and also has an adsorption temperature ranging from 0 to 95 ° C. Desorption temperature can be used in the range of 95 ~ 110 ℃.

본 발명에 따른 흡착제는 실리카를 지지체로 사용하는 것으로, 에어로겔 형태의 실리카 표면에는 아민기가 그라프팅되는 양이 적으므로 실리카의 외표면 보다는 내부에 아미노실란을 그라프팅하는 것이 효율상승을 가져오기 때문에 실리카는 메조포러스 실리카를 사용하는 것이 효율적이다. The adsorbent according to the present invention uses silica as a support, and since the amount of amine groups is grafted on the surface of the aerogel type silica, the grafting of the aminosilane inside the silica rather than the outer surface of the silica leads to an increase in efficiency. It is efficient to use mesoporous silica.

그리고, 실리카의 표면에 그라프팅되는 아민기는 아미노실란기를 이용하는 것이 가장 적절하며, 실리타의 규소와 실란기의 규소가 결합하여 강한 결합을 이루므로 온도에 의한 분해를 최소화할 수 있다. 이러한 형태로 제조된 실리카 담지체에 아민기가 작용기로 존재하는 흡착제는 상압 50℃ 이상에서는 현재까지 알려진 가장 우수한 이산화탄소 흡착제인 제올라이트 분자체보다 이산화탄소에 대한 흡착능이 높으며, 110℃에서 완전한 탈착을 이루어 아민을 이용하는 흡수제보다도 낮은 온도에서 이산화탄소의 탈착이 가능하며, 제올라이트보다도 완전한 탈착이 낮은 온도에서 일어나는 우수한 이산화탄소 분리용 흡착제로 제시될 수 있다.The amine group grafted on the surface of the silica is most appropriate using an aminosilane group, and since the silicon of the silita and the silicon of the silane group combine to form a strong bond, the decomposition by temperature can be minimized. The adsorbent in which the amine group is present as a functional group in the silica support prepared in this form has a higher adsorption capacity for carbon dioxide than the zeolite molecular sieve, which is the best carbon dioxide adsorbent known to date, at an atmospheric pressure of 50 ° C. or higher. Desorption of carbon dioxide is possible at a lower temperature than the absorbent used, and it can be proposed as an excellent adsorbent for separating carbon dioxide, which occurs at a lower temperature than complete zeolite.

상기 흡착제는 실리카 표면에 인체에 무해한 아민기가 존재함으로써 타분야에 이용할 수도 있는 것으로, 그 예로 아민기에 약물성분을 공유결합시켜 이를 약이나 화장품 등에 사용할 수도 있으며, 기공내부에 본 흡착제의 아민기와 공유결합된 성분이 지속적으로 해리되어 가공성실리카 밖으로 용출될 수 있다. 또한 아민기를 기타 급속으로 치환하여 촉매나 특정 성분에 대한 흡착제로 사용할 수도 있다.The adsorbent may be used in other fields because an amine group harmless to the human body is present on the surface of silica. For example, the drug component may be covalently bonded to an amine group and used in medicine or cosmetics. The dissolved components can be continuously dissociated and eluted out of the processable silica. The amine group can also be rapidly substituted for use as an adsorbent for catalysts or specific components.

앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 실리카 표면에 아민기를 그라프팅 또는 코팅시킴으로써 실리카 표면에 아민기가 존재하는 이산화탄소 흡착제를 제공하는 것이며,As described above, the present invention is to provide a carbon dioxide adsorbent in which the amine group is present on the silica surface by grafting or coating the amine group on the silica surface,

다른 관점에서는, 아민기가 존재하는 아미노실란기를 갖는 아미노트리메틸에톡시실란, 아미노트리에틸메톡시실란, 아미노프로필크로라이드 중 선택되는 어느 1종 이상과 톨루엔 또는 벤젠을 혼합하여 용액을 제조하고, 그 용액을 실리카 지지체에 크라프팅 및 코팅시킨 후, 미반응 아민기를 세척하고, 세척 후 100 ~ 120℃에서 건조하는 과정을 포함하여 이산화탄소 분리, 의약품 저장 또는 전달체를 제공할 수 있다.In another aspect, a solution is prepared by mixing toluene or benzene with any one or more selected from aminotrimethylethoxysilane, aminotriethylmethoxysilane and aminopropyl chloride having an aminosilane group in which an amine group is present, and the solution After the grafted and coated on a silica support, and washing the unreacted amine group, and drying at 100 ~ 120 ℃ after washing may provide carbon dioxide separation, pharmaceutical storage or delivery.

또 다른 관점에서는, 이산화탄소가 발생하는 공정에 본 발명의 제조과정에 따른 흡착제를 장착함으로써 이산화탄소 분리기를 제공할 수 있으며, 여기서, 이산화탄소 분리기는 흡착제를 충전시킨 흡착탑, 흡착탑의 온도를 조절할 수 있는 열교 환 수단, 흡착탑의 이산화탄소가 함유된 유입가스와 탈착시 발생하는 고농도의 이산화탄소의 유로를 제어할 수 있는 장치로 구성되며, 용도에 따라 흡착탑의 수와 부수적인 장치인 압력제어기, 유로조절기, 유량조절기를 등을 추가하거나, 내부를 달리 구성할 수 있다.In another aspect, a carbon dioxide separator may be provided by attaching an adsorbent according to the manufacturing process of the present invention to a process of generating carbon dioxide, wherein the carbon dioxide separator is a heat exchanger capable of controlling the temperature of an adsorption tower and an adsorption tower packed with an adsorbent. It is composed of a means to control the flow of carbon dioxide in the desorption tower and the inlet gas containing carbon dioxide in the adsorption tower, and the number of adsorption tower and the pressure controller, flow regulator, and flow controller depending on the purpose. Etc., or may be configured differently.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 아민 작용기를 갖는 흡착제 제조방법은 다음의 효과를 갖는 흡착제를 제공하게 된다.As described above, the method for preparing an adsorbent having an amine functional group according to the present invention provides an adsorbent having the following effects.

먼저, 이산화탄소에 대한 선택도가 높으며, 수분의 영향이 적고 타 흡착제의 운전 온도보다 고온에서 우수한 흡착량을 나타낸다.First, the selectivity to carbon dioxide is high, the influence of moisture is low and the adsorption amount is excellent at a higher temperature than the operating temperature of other adsorbents.

그리고, 탈착온도는 흡수제보다 낮으며, 고체 흡착제의 탈착온도 보다 낮으므로 빠른 흡·탈착의 운전전환이 가능하다. 또한 고체흡착제이지만 실제 대부분의 이산화탄소의 분리는 아민기와 이산화탄소의 공유결합에 의한 흡수로 고체 형태의 화학흡수제이다. 따라서 화학흡수와 물리흡착을 동시에 나타내는 신개념의 고체흡수흡착제이다.In addition, the desorption temperature is lower than that of the absorbent and lower than the desorption temperature of the solid adsorbent. In addition, although the solid adsorbent, most of the separation of carbon dioxide is a chemosorbent in the solid form by absorption by the covalent bond of the amine group and carbon dioxide. Therefore, it is a new concept of solid absorbent which shows chemical absorption and physical adsorption simultaneously.

또한, 이산화탄소의 분리공정에 사용할 경우 높은 운전 효과를 나타낼 수 있으며, 아민에 의한 화학흡수법과 고체흡착제에 의한 흡착법의 단점을 보완하여 원활하고 경제성 있는 분리공정의 운영이 가능하다. 따라서 지구온난화의 주범인 이산화탄소의 분리를 수행하고 소규모 실내 적용시, 더욱 깨끗한 실내환경을 제공할 수 있다.In addition, when used in the separation process of carbon dioxide can exhibit a high operating effect, it is possible to operate the separation process smoothly and economically by supplementing the disadvantages of the chemical absorption method by the amine and the adsorption method by the solid adsorbent. Therefore, carbon dioxide separation, which is the main culprit of global warming, can be performed, and a smaller indoor application can provide a cleaner indoor environment.

또한, 본 발명의 흡착제는 실리카 표면에 인체에 무해한 아민기가 존재함으로써 타분야에 이용할 수 있고, 그 예로 아민기에 의약품, 화장품 등을 공유결합시킴으로써 완효성 효과를 지닌 약물의 저장체로 광범위하게 사용될 수 있다.In addition, the adsorbent of the present invention can be used in other fields because of the presence of an amine group harmless to the human body on the surface of silica, for example, it can be widely used as a reservoir of drugs having a slowing effect by covalently binding a drug, cosmetics, etc. to the amine group.

이하, 상기한 기술적 구성을 실시 예를 통해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, the above-described technical configuration will be described in more detail with reference to the following examples.

실시 예 1 : Example 1: 아민기흡착제의Of amine group adsorbent 제조( Produce( 아미노프로필트리에톡시실란Aminopropyltriethoxysilane , , MCMMCM -48)-48)

실리카(MCM-48, 비표면적 1012 ㎡/g, 세공경 3.1nm) 2g을 진공 건조한다. 알곤가스 분위기에서 건조된 실리카에 무수톨루엔[알드리치화학, 미국]을 30cc 첨가하고 진공을 이용하여 기공내로 톨루엔이 고르게 분사되게 한 후 아미노프로필트리에톡시실란[알드리치화학, 미국]을 실리카 몰비의 1배 첨가한다. 상온에서 알곤 분위기하에서 6시간 교반하여 고르게 분산되게 한다.2 g of silica (MCM-48, specific surface area 1012 m 2 / g, pore diameter of 3.1 nm) is vacuum dried. 30cc of anhydrous toluene [Aldrich Chemical, USA] was added to the silica dried in the argon gas atmosphere, and toluene was evenly injected into the pores by using vacuum, and then aminopropyltriethoxysilane [Aldrich Chemical, USA] was added to Pear is added. At room temperature, the mixture was stirred for 6 hours in an argon atmosphere to be evenly dispersed.

이를 냉각기가 설치된 환류장치에 장착하고 가열기의 표면온도를 150℃를 유지한 상태에서 12시간 교반 가열한다. 가열이 종료된 후 여과하여 아민기가 그라프팅된 실리카 흡착제와 미반응 반응물 및 반응생성물을 분리한다. 분리 과정 중에 메틸크로라이드[알드리치화학, 미국]를 이용하여 세척을 수행한다. 세척이 끝난 후 소렉스 형태의 세척기에 분리된 흡착제를 넣고 메틸크로라이드[알드리치화학, 미국]를 100cc 첨가하여 반응기 표면 온도를 80℃로 유지한 상태에서 3시간 교반한다. 교반이 종료된 후 에틸알콜[알드리치화학, 미국]을 이용하여 세척 여과한다. 여과된 흡착제를 110℃건조기에 24시간 건조하여 유기용매를 완전히 제거한다. 이와 같은 방법으로 본 발명에 따른 흡착제를 제조하였다.This is mounted on a reflux apparatus equipped with a cooler, and the stirring is heated for 12 hours while maintaining the surface temperature of the heater at 150 ° C. After the heating is completed, the resultant is filtered to separate the silica adsorbent grafted with the amine group, the unreacted reactant and the reaction product. The washing is carried out using methyl chloride (Aldrich Chemical, USA) during the separation process. After the washing, the adsorbent separated in the Solex type washer was added, and 100 cc of methyl chloride (Aldrich Chemical, USA) was added, followed by stirring for 3 hours while maintaining the reactor surface temperature at 80 ° C. After stirring is complete, the mixture is washed and filtered using ethyl alcohol [Aldrich Chemical, USA]. The filtered adsorbent is dried for 24 hours at 110 ℃ dryer to completely remove the organic solvent. In this manner, an adsorbent according to the present invention was prepared.

실시 예 2 : Example 2: 아민기흡착제의Of amine group adsorbent 제조( Produce( 아미노프로필트리에톡시실란Aminopropyltriethoxysilane , , MCMMCM -41)-41)

상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 실리카를 MCM-48이 아닌 MCM-41[알드리치화학, 미국]을 사용하였다.In the same manner as in Example 1, except that the silica was used MCM-41 [Aldrich Chemical, USA] rather than MCM-48.

실시 예 3 : 아민기흡착제의 제조(아미노프로필트리메톡시실란, MCM-41)Example 3 Preparation of Amine Group Adsorbent (Aminopropyltrimethoxysilane, MCM-41)

상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 실리카를 MCM-48이 아닌 MCM-41[알드리치화학, 미국]을 사용하고, 상기 아미노프로필트리에톡시실란[알드리치화학, 미국] 대신 아미노프로필트리메톡시실란[알드리치화학, 미국]을 사용하였다.In the same manner as in Example 1, except that the silica using MCM-41 [Aldrich Chemical, USA], not MCM-48, and instead of the aminopropyltriethoxysilane [Aldrich Chemical, USA] aminopropyltrimethoxy Silane [Aldrich Chemical, USA] was used.

실시 예 4 : Example 4: 아민기흡착제의Of amine group adsorbent 제조( Produce( 아미노프로필트리메톡시실란Aminopropyltrimethoxysilane , , MCMMCM -48)-48)

상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 상기 아미노프로필트리에톡시실란[알드리치화학, 미국] 대신 아미노프로필트리메톡시실란[알드리치화학, 미국]을 사용하였다.In the same manner as in Example 1, but instead of the aminopropyltriethoxysilane [Aldrich Chemical, USA] was used aminopropyltrimethoxysilane [Aldrich Chemical, USA].

실시 예 5 : Example 5: 아민기흡착제의Of amine group adsorbent 제조( Produce( 아미노프로필트리에톡시실란Aminopropyltriethoxysilane , , SBASBA -15)-15)

상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 실리카를 MCM-48이 아닌 SBA- 15[알드리치화학, 미국]를 사용하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out, except that SBA-15 [Aldrich Chemical, USA] was used instead of MCM-48.

시험 예Test example

내경 4mm인 스텐인레스 스틸(SUS-316)로 제작된 고정층 반응기를 다수 개 준비한 후 상기 실시 예 1 내지 실시 예 5에 의하여 제조된 흡착제를 상기 고정층 반응기에 각각 설치하여 각 흡착제의 성능을 측정하였다.After preparing a plurality of fixed bed reactors made of stainless steel (SUS-316) having an inner diameter of 4 mm, the adsorbents prepared in Examples 1 to 5 were installed in the fixed bed reactors, respectively, and the performance of each adsorbent was measured.

상기 고정층 반응기에 투입하여 흡착하고자 하는 대상물질인 이산화탄소는 1.03%였으며, 공급속도는 10CC/min으로 유지되도록 하였다.The target material carbon dioxide to be adsorbed by the fixed bed reactor was 1.03%, and the feed rate was maintained at 10CC / min.

한편, 실험은 상기 1.03%의 이산화탄소 가스를 상기 고정층 반응기 내부로 공급하면서 온도를 75℃로 유지한 상태에서 배출구의 이산화탄소의 농도를 측정하여 이산화탄소의 흡착량을 측정하였다. 반응기 내분의 온도를 변화시켜 가며 온도에 따른 흡착량 변화 측정을 전술한 실험을 동일하게 수행하였다. 그 결과를 도 1에 나타냈다. 그리고, 도 1에 도시된 바와 같이 많은 양의 이산화탄소를 흡착하는 것으로 나타났다.On the other hand, the experiment was to measure the adsorption amount of carbon dioxide by measuring the concentration of carbon dioxide in the outlet while maintaining the temperature at 75 ℃ while supplying the 1.03% carbon dioxide gas into the fixed bed reactor. The above experiment was performed in the same manner to measure the change in adsorption amount according to the temperature while changing the temperature in the reactor. The result is shown in FIG. And, as shown in Figure 1 it was shown to adsorb a large amount of carbon dioxide.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.As described above, those skilled in the art will understand that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, the exemplary embodiments described above are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발 명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the appended claims and equivalent concepts rather than the detailed description are included in the scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 흡착제의 이산화탄소에 대한 공유결합에 의한 흡착량을 나타낸 그래프.1 is a graph showing the adsorption amount by the covalent bond to the carbon dioxide of the adsorbent according to the present invention.

Claims (4)

실리카 0.2 ~ 50중량%와 유기용매 50 ~ 99.8중량%의 혼합으로 조성된 실리카혼합물(A) 90 ~ 99중량%와, 아민기를 갖는 물질(B) 1 ~ 10중량%를 혼합하는 혼합단계와,A mixing step of mixing 90 to 99 wt% of the silica mixture (A) formed by mixing 0.2 to 50 wt% of silica and 50 to 99.8 wt% of the organic solvent, and 1 to 10 wt% of the material (B) having an amine group; 상기 혼합단계를 거친 혼합물을 40 ~ 170℃에서 가열하여 아민기를 실리카와 반응시킨 후 여과하여 세척하는 반응단계로 이루어짐을 특징으로 하는 아민 작용기를 갖는 흡착제 제조방법.The admixture manufacturing method having an amine functional group, characterized in that consisting of a reaction step of heating the mixture passed through the mixing step at 40 ~ 170 ℃ reacts the amine group with silica and then filtered and washed. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 유기용매는 톨루엔, 벤젠, 자일렌, 헥산, 이더 중에서 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 아민 작용기를 갖는 흡착제 제조방법.The organic solvent is any one or two or more selected from toluene, benzene, xylene, hexane, ether, the method for producing an adsorbent having an amine functional group. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 아민기를 갖는 물질은 아미노프로필에톡시실란, 아미노프로필메톡시실란, 아릴아민 중 선택되는 어느 1종인 것을 특징으로 하는 아민 작용기를 갖는 흡착제 제조방법.The substance which has an amine group is any 1 type chosen from aminopropylethoxysilane, aminopropylmethoxysilane, and arylamine, The manufacturing method of the adsorbent which has an amine functional group characterized by the above-mentioned. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 반응단계에서의 세척은 에탄올, 이소프로필 알콜, 메탄올, 이더, 디메칠크로라이드, 톨루엔 중 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상인 세척액으로 이루어짐을 특징으로 하는 아민 작용기를 갖는 흡착제 제조방법.Washing in the reaction step is a method for producing an adsorbent having an amine functional group, characterized in that consisting of a washing liquid of any one or two or more selected from ethanol, isopropyl alcohol, methanol, ether, dimethyl chromide, toluene.
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